Analisi statica e dinamica di travi in c.a. rinforzate con lamine in CFRP secondo la tecnica NSM in presenza di danno

Nowadays the Near-Surface Mounted (NSM) reinforcement technique is one of the most important techniques for the rehabilitation of damaged concrete structures or ones that are not adequate to support expected loads. However, despite decades of scientific research centred on the optimization of construction details, on models for bond behaviour and on design methods for flexural and shear strengthening, the effects of damage on FRP reinforcements have yet to be adequately investigated. Hence, in the present research, a static and a dynamic analysis is developed on RC beams strengthened with one CFRP rectangular rod inserted into a groove according to NSM technique. The aim of the research is to analyse the effects of different types of damage on the effectiveness of NSM reinforcement; specifically, damages such as cracking of concrete, loss of adhesion in the reinforcement-concrete interface and, finally, damages in FRP due to notches. A further peculiarity of the present research is the dynamic analysis of vibration in beams strengthened with NSM CFRP rods. Therefore, static and dynamic analysis were developed on five RC beam models, non strengthened and strengthened with a NSM CFRP rod, undamaged and with imposed damage due to loss of adhesion or notches in the reinforcement. Static analysis, by bending tests in four points with cycles of loading until failure, allowed to define the behaviour of beam models, even in presence of damage, and to generate different damage degrees, due to cracking of concrete. At each step of load, dynamic analysis, by free vibration test, allows monitoring the effectiveness of the reinforcement at different damage degrees. A finite element analysis of beam models has also been developed, in order to validate the results obtained by the experimental research.

La tecnica di rinforzo mediante il posizionamento nel copriferro (Near-Surface Mounted) di FRP è oggi una delle più promettenti tecniche per la riabilitazione di strutture in c.a. danneggiate o non sufficientemente idonee a sostenere i carichi previsti. Tuttavia, nonostante decenni di ricerche scientifiche che hanno riguardato l'ottimizzazione di dettagli costruttivi, modelli per i meccanismi di aderenza e metodi di progettazione per il rinforzo a flessione e a taglio, non sono stati ancora adeguatamente studiati gli effetti di danni su elementi rinforzati con materiale composito. Nel presente lavoro di ricerca viene, quindi, sviluppata un'analisi statica e dinamica di travi in cemento armato rinforzate con lamine in fibra di carbonio applicate secondo la tecnica NSM. L'obiettivo della ricerca è lo studio degli effetti di diversi tipi di danno sull'efficacia del rinforzo NSM, quali la fessurazione del calcestruzzo, la perdita di aderenza nell'interfaccia rinforzo-calcestruzzo e, infine, danni negli elementi di composito dovuti ad intagli. Un’altra peculiarità dell'attività di ricerca è l’analisi dinamica di vibrazione di travi con elementi di rinforzo del tipo NSM CFRP. Sono state così condotte analisi statiche e dinamiche su cinque modelli sperimentali di travi in c.a., non rinforzati e rinforzati con una lamina NSM CFRP, integri o con danno di non aderenza o di intaglio del rinforzo. Le analisi statiche, mediante prove a flessione su quattro punti con cicli di carico-scarico fino a rottura, consentono di definire il comportamento dei modelli di trave anche in presenza di danno e di generare diversi stati di danneggiamento, dovuti alla fessurazione del calcestruzzo. Parallelamente, le analisi dinamiche, mediante prove di vibrazioni libere, consentono di monitorare l'efficacia del rinforzo ai diversi livelli di danno. È stata sviluppata anche una modellazione agli elementi finiti dei modelli di trave, con l'obiettivo di validare i risultati ottenuti dalla sperimentazione.